JP2719862B2 - ゴム製品補強用スチールコード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用タイヤ、コン
ベアベルト等のゴム補強材として使用されるゴム製品補
強用スチールコードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のスチールコードには図
７（イ）〜（ハ）に示すような複数本の素線を密着して
撚り合わせた、いわゆるクローズド撚り構造のものが使
用されている。そして、上記スチールコード７の複数本
が平行に引揃えられた状態でゴム材により被覆され、自
動車用タイヤ、コンベアベルト等のゴム製品補強材とし
て使用されている。

【０００３】ところで、スチールコードがゴム製品補強
材として使用される場合の必要不可欠な要件としては、
まず強度に優れることの他に、化学的にゴム材とよく接
着すること、およびスチールコード内部にゴム材がよく
侵入することも挙げられる。すなわち、スチールコード
がゴム補強材としての役割を充分に果たすためには、完
全にゴム材との複合体になっていることが必要である。

【０００４】しかし、上記図７（ロ）〜（ハ）に示す従
来のスチールコード７にあっては、スチールコードを構
成する各素線８が密着して撚り合わせられているため、
スチールコードとゴムシートとの複合体シート成形時
に、ゴム材がスチールコードの中央部に形成された空洞
部Ｄまで侵入せず、上記空洞部Ｄがコードの長手方向に
わたって連続して存在している。

【０００５】このため、従来のスチールコード７を使用
したタイヤでは、上記空洞部Ｄ内に、ゴム材より生起し
たガスの凝縮の結果生じた湿気、またはタイヤが外傷を
受けた場合、この傷口より該空洞部Ｄ内に浸入した水分
がこの空洞部Ｄ内をコードの長手方向に伝播してスチー
ルコードを腐食させ、スチールコードとゴム材との接着
を低下させ、スチールコードとゴム材とが剥離する、い
わゆるセパレーション現象を起して、タイヤの寿命を著
しく短くしていた。

【０００６】また、図７（イ）に示すスチールコード７
では、素線８同士の密着部Ｅにゴム被覆がされないた
め、屈曲および圧縮が繰り返されると、フレッティング
摩耗が生じ、耐疲労性に劣るという問題があった。

【０００７】そこで、近年、上記事情に鑑みて、スチー
ルコードとゴム材との接着性を改善し得る構造のスチー
ルコードが種々提案されている。

【０００８】例えば、特開平３−１９３９８３号公報お
よび特開昭５５−９０６９２号公報には、図８（イ）〜
（ハ）に示すような、各素線１０間に隙間Ｃを設けなが
ら撚り合わせた撚りの甘い、いわゆるオープン撚りコー
ドと称されるスチールコード９が、また、特開昭５７−
１９３２５３号公報には、図１０に示すような、平行ま
たは平行に近いねじりピッチを有する２本の素線群１１
とスチールコードの撚りと同方向かつ同ピッチで撚り合
わせた２本の素線群１２とからなる２＋２撚り構造のス
チールコード１３が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前者のオープン撚り構
造のスチールコード９において、各素線の全周にゴム材
が接着し、かつ内部に充分なゴム材の浸入を図るために
は、各素線１０間の隙間Ｃをゴム材が浸入するに充分な
間隔、すなわち０．０１ｍｍ以上とする必要がある。

【００１０】しかし、上記隙間Ｃを充分にとると、各素
線１０の移動できる自由空間が大きくなり、スチールコ
ード製造時に撚り構造が不安定になり易く、図９
（イ）、（ロ）に示すように、素線１０の片寄りが生じ
たり、コードの長手方向において撚りが不均一になった
りする。

【００１１】また、このスチールコード９は極く低荷重
での伸びが大きいため、取扱性およびゴム成形時の作業
性が悪いばかりか、ゴム成形時に加えられる低荷重の張
力によって上記隙間Ｃが減少し、結局図７に示すような
クローズド撚り構造のスチールコードと同様となり、コ
ード内部へゴム材が充分に浸入せず、ゴム材との接着性
を向上させることが困難である等の課題を有する。

【００１２】また、後者のスチールコード１３にあって
は、素線の密着部以外はゴム材の浸入もよく、また低荷
重の張力による伸びも少ないため、上記前者のスチール
コード９の欠点は解消されるが、撚りの形態がコードの
長手方向に非常に不安定である。このため、このスチー
ルコード１３に繰り返し曲げ応力が加わると、座屈が生
じ易く、このとき応力の集中が起こるため、スチールコ
ードを構成する各素線がコード一体としての効果を発揮
せず、疲労破壊の原因となり、耐疲労性に劣り、また素
線の密着部においてフレッティング摩耗が発生し易いと
いう課題を有する。

【００１３】本発明者は上記課題に鑑みて、単層撚りの
コードを構成する複数本の素線のうち、幾つかの素線に
撚りのくせとは別に、小さなスパイラル状のくせを施
し、このくせ付け素線と真直性を有する素線とを撚り合
わせることにより、ゴム材がスチールコード内部に浸入
して、ゴム材とスチールコードとの接着を良好ならしめ
ると共に、低荷重における伸びを抑え、しかもスチール
コード長手方向の撚りを安定させ、繰り返し曲げ応力に
よっても容易に座屈し難く、耐疲労強度に優れたスチー
ルコードを先に提案した〔例えば、特願平２−１５８３
７２号（特公平７−９１７９１号）〕。

【００１４】本発明は、このスチールコードをさらに改
良したものである。

【００１５】上記スチールコードは、その後の引張試験
等において、破断荷重（破断強力）が従来コードより少
し低くなり、破断時において真直性を有する素線または
小さなスパイラルくせを有する素線のいずれかが極端に
早く破断したり、また特に過酷な疲労試験等において
も、いずれかの素線の方が極端に耐疲労性に劣ることが
あった。

【００１６】そこで、本発明者は、この原因を多数の実
験により鋭意追究した結果、上述のような真直性を有す
る素線と小さいスパイラルくせを有する素線を単に撚り
合わせたスチールコードでは、上記各素線のコード撚り
でのスパイラルくせが長手方向にわたって一定でなく、
コード断面の形状が不安定であったり、またコードの長
手方向にコード撚りの中心が変動していたりしていた。
このため各素線間に作用する力が均一でなく、そのため
破断時に各素線全てがコードとして一体の働きをなし得
ていないことを知見し、本発明を完成した。

【００１７】上記コード撚りの中心とは、コードを構成
する各素線がコード撚りにおいて、コードを構成するた
めのスパイラルの中心のことである。これはピッチ間に
わたるコード径の測定および断面構造等より判断でき
る。

【００１８】これらを図によって説明すると、上記の特
願平２−１５８３７２号（特公平７−９１７９１号）の
コード（「００１３」）におけるもののコード断面形
状、すなわち図５（イ）〜（ヘ）に示すコード断面形状
が不安定な断面構造を有するものは、コード撚りによっ
て各素線にスパイラルくせが付けられ、コードを解くと
小さなスパイラル状のくせ付けした素線は図６（ロ）、
（ニ）に示す如き形状（非定常波）のスパイラルくせを
有し、真直性の素線は図６（イ）、（ハ）の如き形状
（定常波）のスパイラルくせを有しているものと考えら
れる。

【００１９】また、コード撚りの中心が変動するコード
は、図５に示す断面構造と図１に示す断面構造とがコー
ド長手方向の位置によって現れ、あるいは図５に示す断
面構造と図２に示す断面構造とがコード長手方向の位置
によって現れるコードであり、撚りを解くと、小さなス
パイラル状のくせ付けした素線が図６（ロ）と（ニ）、
真直性の素線が図６（イ）と（ハ）等の形状のスパイラ
ルくせを有しているものである。このように小さなスパ
イラル状のくせ付けした素線のコード撚りに伴うスパイ
ラルくせによる波形が長手方向に一定しないので、断面
構造がその長手方向の位置によって図５に示す断面構造
と図１に示す断面構造とがコード長手方向の位置によっ
て現れ、あるいは図５に示す断面構造と図２に示す断面
構造とがコード長手方向の位置によって現れるものと考
えられる。なお、図５においてＧはコード外径を示し、
Ｂはコード撚りの中心を示す。

【００２０】本発明は、このような新たな問題を解決し
ようとするものであり、真直性を有する素線と、小さな
スパイラル状のくせを有する素線とを撚り合わせてなる
コードにおいて、それらの各素線のコード撚りにおける
スバイラルくせを略同一とし、かつそれらの素線が１つ
の円に略内接するようコードを構成し、そのコード撚り
の中心を略一定位置に保つことにより、引張や疲労限界
等における各素線の強力を最大限にまで高め、各素線が
コードとして一体の働きをなすような優れた特性を有す
るスチールコードを提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明のゴム補強用スチ
ールコードは、当該素線と同一素線径で、真直性を有す
る素線と、くせピッチＰ_１が撚りピッチをＰとしたとき
Ｐ_１＝０．１Ｐ〜０．７Ｐで、かつ見掛けの外径ｄ_１が
素線径をｄとしたときｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜
（ｄ＋２／１０ｍｍ）となるような小さなスパイラル状
のくせを有する素線とを撚り合わせてなる１×ｎ（但
し、ｎ＝２〜６）構造の単層撚りのゴム製品補強用スチ
ールコードを前提技術として、コード長手にわたって、
小さなスパイラル状のくせを有する素線の見掛けの外接
円と、真直性を有する素線とを内側に含みそれらが１つ
の円に内接するようにコードを構成し、かつこの１つの
円、すなわち外接円の中心をコード撚りの中心として撚
り合わせたものである。

【００２２】上記構成において、小さなスパイラル状の
くせを施した素線は１乃至２本であって構成素線の１／
２以下の本数が好適であり、あまり多くなりすぎると、
低荷重での伸びが大きくなり、逆にコード内部へのゴム
材の浸入を阻害する恐れがあり、また、撚りも不安定と
なり易い。なお、ゴム材は一部分でも隙間があれば、そ
こから浸入し、内部に充分浸透する。

【００２３】また、上記構成において、小さなスパイラ
ル状のくせをｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜（ｄ＋２
／１０ｍｍ）に限定したのは、ｄ＋２／１００ｍｍより
小さくすると、流動性のよいゴム材を使用しても加圧加
硫時にスチールコードの内部へのゴム材の浸入が充分で
なく、またｄ＋２／１０ｍｍより大きいと、撚りの安定
性が悪くなり耐疲労性低下を期すだけでなく、極く低荷
重における伸びが大きくなるからである。

【００２４】なお、本発明のスチールコードに用いる素
線の線径ｄは０．１５〜０．４０ｍｍの範囲が好適であ
る。さらに、小さなスパイラル状のくせピッチＰ_１をＰ
_１＝０．１Ｐ〜０．７Ｐとしたのは、０．１Ｐより小さ
くすると、くせ付け時に素線に無理な塑性変形を加える
ため、素線が折れ易くなり、また０．７Ｐより大きくす
ると、ゴム製品成形時のゴム材のフローによる引張力、
或はコード表面に負荷されるしごき力によって素線間の
隙間が減少し、ゴム材の浸入が充分でなくなるためであ
る。

【００２５】ここで、見掛けの外径ｄ_１とは、図１
（ロ）、図２（ロ）に示すように、小さなスパイラル状
にくせ付けした素線の見掛上の外径であり、くせピッチ
Ｐ_１とは図３に示すように、そのくせ付けした素線のく
せピッチである。

【００２６】小さなスパイラル状のくせとは、正確にス
パイラル状になっていることを必要とせず、単に波状と
なっていても、スパイラル状と同等の効果を有するた
め、このような形状も含むものとする。また、このスパ
イラルくせの方向は、撚方向と同じでもよいし、逆方向
でもよい。同じ場合は、小さなスパイラル状のくせとコ
ード撚りにおけるスパイラルくせが同方向となり２重螺
旋状の素線となる。

【００２７】次に、この小さなスパイラルの形状および
コード撚りの中心の測定方法の一例を説明する。まず小
さなスパイラル形状は、測定するコードを樹脂等に埋め
込み、長手方向に切断しながらその端面のコード断面拡
大写真をとり（図４（イ）〜（リ）にその概念を示
す。）測定すれば容易に測定出来る。

【００２８】さらに、コード撚りの中心は長手方向（少
なくとも撚りピッチの２倍、望ましくは３〜５倍にわた
る間）のコード径を測定し判断する。このためには万能
投影器または、アンビルの広いマイクロメーター等を用
いて押圧を少なくして測定する。

【００２９】また、撚られた素線をほぐし各素線のスパ
イラルくせの形状よりも判定できる方法もある。しか
し、この場合、各素線がコードの形態でのスパイラルく
せとほぐした後のスパイラルくせとでは少し異なる場合
もあり、必ずしも適切な測定方法ではない。

【００３０】多数の実験結果により判断して、コード長
手にわたって、コード断面が図１、図２に示す構造と略
同一になる場合が、本発明のスチールコードであると判
断できる。それ以外の位置に撚りの中心位置が変化する
ときは、コード外径Ｇが断面構造において測定できる値
（前記１つの円、すなわち外接円の径の値）と大きく異
なってくる。また各素線が１つの円に内接しない場合
は、その断面形状においてはっきり識別できる。なお、
符号１、４はスチールコード、２、５は小さなスパイラ
ル状のくせを有する素線であり、３、６は真直性を有す
る素線である。

【００３１】

【実 施 例】次に本発明の実施例を、従来例および比
較例と比較し具体的に説明する。表１は、表面にブラス
メッキを施した複数本の素線を撚り合わせた各種構成の
スチールコードの試験結果を示したものである。スチー
ルコードの素線本数、素線径、撚りピッチ、小さなスパ
イラルくせ形状およびコード撚りの中心を変化させてあ
る。なお、表中ＣＤはコード径、ＦＳは破断強力、ＳＬ
は５Ｋｇ荷重時のコード伸び、ＲＰはゴム浸入率、ＲＦ
は圧縮引張曲げ疲労性、ＲＳは残存強力およびＨＷは取
扱作業性を表す。

【００３２】

【表１】

【００３３】実験ＮＯ．１、５、１１は図７（イ）、
（ロ）、（ハ）に示すクローズド撚り構造の、実験Ｎ
Ｏ．２、６、１２は図８（イ）、（ロ）、（ハ）に示す
オープン撚り構造のそれぞれ従来例のスチールコードで
あり、実験ＮＯ．４、８、９、１０、１４、１５は、図
１（イ）、（ロ）、（ハ）、図２（ハ）に示す本発明の
ゴム製品補強用スチールコードである。また、実験Ｎ
Ｏ．３、７、１３は、図５（イ）、（ロ）、（ホ）に示
す比較例のスチールコードである。

【００３４】なお、素線に小さなスパイラル状のくせを
施す手段としては、特公昭６３−６３２９３号公報に示
されるように、供給される素線を軸芯として回転するく
せ付け装置でもって、二度撚り撚線機に供給される前に
予め一定のくせ付けを施す仕方や、単線のままで歯車等
に噛み込ませて、その素線を捻じって一定のくせ付けを
施す仕方等がある。

【００３５】この実験におけるゴム製品補強用スチール
コードの製造には、撚線機としてバンチャー機を用い
た。従来例のスチールコード（実験ＮＯ．１、２、５、
６、１１、１２）には、撚りの集合点前に設けられたく
せ付けコーンのピン３本の間を通すことにより撚りのス
パイラル状のくせ付けを行った。

【００３６】比較例および本発明のスチールコード（実
験ＮＯ．３、４、７、８、９、１０、１３、１４、１
５）では、素線に小さなスパイラル状のくせを施す手段
として、くせ付け装置上に設けられた複数個のピンの間
に素線を通し、かつその素線を軸芯としてそのくせ付け
装置を高速回転させ、通過する素線に小さなスパイラル
状のくせを施し、その後撚りの集合点直前に設けられた
３本のくせ付けコーンピン間を通すことにより撚りのた
めのスパイラル状のくせ付けを行った。ここで撚りの中
心およびコード断面の各素線の配置の調整は、素線別に
コーンピンの径や間隔、押し込み程度並びに素線の張力
等を種々選択して決定する。

【００３７】そして、これらのスチールコードを図１１
（イ）に示すように上下よりゴムシート１４で覆い、複
合体シート１５を作成した。またこの複合体シート１５
を図１１（ロ）に示す如く、タイヤ１７のベルト部１６
に用いた。

【００３８】このような各種スチールコードの破断強力
ＦＳ、５Ｋｇ荷重時の伸びＳＬ、ゴム加硫した場合の素
線間へのゴム浸入率ＲＰ、ゴムとの複合体としての圧縮
引張曲げ疲労性ＲＦ、疲労試験後の残存強力ＲＳおよび
ゴム製品加工時における取扱作業性ＨＷを次のようにし
て評価した。

【００３９】破断強力 ＦＳ ゴムシートに埋め込む前のスチールコードのみの破断荷
重である。

【００４０】疲労試験後の残存強力 ＲＳ スチールコードを複合体ゴムシートに埋め込み、このシ
ートで３点プーリー曲げ疲労の繰り返しを一定回数行な
い、その後ゴムシートよりコードを取り出して破断強力
を測定し、疲労試験前の破断強力と比較しそれぞれ指数
表示した。

【００４１】ゴム浸入率 ＲＰ 各コードに５Ｋｇの引張荷重をかけた状態でゴムに埋設
して加硫した後、スチールコードを抜き取りその素線を
引き剥がし、素線全周を観察しゴム材と接触した面積率
を表示した。

【００４２】圧縮引張曲げ疲労性 ＲＦ スチールコードを複数本ゴムシートに埋め込み、このシ
ートで３点プーリー曲げ疲労試験機により評価した。結
果は実験ＮＯ．１、５、１１を１００として指数表示し
た。最終的にはフレッティング摩耗、座屈等により破断
に至るが、この状態になるまでの繰り返し回数で評価す
る。

【００４３】取扱作業性 ＨＷ スチールコードの製造における取扱いおよびゴムシート
に埋設する場合、並びにタイヤ等の成型工程でのスチー
ルコードの取扱い作業性をいい、スチールコードのフレ
アー性、低荷重伸び、スチールコード相互間のからみ合
いおよび真直性等が関係する。従来品と比較して非常に
劣るものを×、少し劣るものを△、差がないものを〇と
して評価した。

【００４４】実験ＮＯ．１、５、１１は、全ての素線が
相互に接触しているため、ゴム材の浸入が殆ど見られな
かった。

【００４５】実験ＮＯ．２、６、１２は、いずれも平均
形付率〔（各素線間に隙間を設けて撚り合わせたときの
コード径／各素線をタイトに撚り合わせたときのコード
径）×１００〕１１６〜１２０％のオープン撚りコード
であり、ゴム材の浸入率ＲＰおよび疲労性ＲＦにおいて
優れるが、初期荷重時の伸びＳＬが大きく取扱作業性Ｈ
Ｗに劣る。

【００４６】実験ＮＯ．３、７、１３は、小さなスパイ
ラル状のくせを有する素線を用いた１×２、１×３、１
×５の単層撚り構造のスチールコードであるが、コード
長手にわたって、コード撚りの中心がずれているため、
またコード断面における各素線の配置が適切でないため
圧縮引張曲げ疲労性ＲＦ、残存強力ＲＳおよび破断強力
ＦＳにおいて劣る。

【００４７】実験ＮＯ．４、８、９、１０、１４、１５
は本発明の実施例である１×２、１×３、１×５構造の
スチールコードであり、コード長手にわたって小さなス
パイラル状のくせを有する素線の見掛けの外接円と、真
直性を有する素線とを内側に含みそれらが１つの円に略
内接するようにしてコードを構成し、かつこの１つの
円、すなわち外接円の中心を図１（イ）、（ロ）、
（ハ）、図２（ハ）に示す如くコード撚りの略中心とし
たスチールコードである。

【００４８】上記比較テスト結果より、本発明のスチー
ルコードは破断強力ＦＳ、初期荷重時の伸びＳＬ、ゴム
浸入率ＲＰ、圧縮引張曲げ疲労性ＲＦ、残存強力ＲＳ、
取扱作業性ＨＷのいずれも満足することのできるもので
ある。

【００４９】

【発明の効果】本発明のゴム製品補強用スチールコード
は上記構成であるため、ゴム材で被覆した場合、ゴム材
が素線２、３間に生じた隙間より容易にスチールコード
の内部へ浸入でき、コードを構成する各素線２、３を確
実にゴム材で覆うことができ、ゴム材とスチールコード
との接着が確実に行なわれる。

【００５０】また、極く低荷重における伸びが小さくな
るため、作業性が非常に改善される。例えば、スチール
コードをリールに巻き取る時や、ゴムシートにカレンダ
する時、極く低荷重における伸びが大きいとリールがパ
ンクしたり、ゴムシートにしわができる等の悪影響を及
ぼす弊害があるが、本発明にあってはこれが解消され
る。

【００５１】さらに、スチールコード長手方向の撚りが
安定され、素線に小さなスパイラル状の過酷なくせを付
与しているにもかかわらず、破断強力、圧縮引張曲げ疲
労性、残存強力の低下もなく著しく優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）〜（ヘ）は本発明の実施例のスチールコ
ードの概略断面図である。

【図２】（イ）〜（ニ）は本発明の他の実施例のスチー
ルコードの概略断面図である。

【図３】図２（ハ）のスチールコードの概略側面図であ
る。

【図４】（イ）〜（リ）は図１（ロ）のスチールコード
の長手方向一ピッチにおける断面形状の変化を示す概略
図である。

【図５】（イ）〜（ヘ）は比較例を示すスチールコード
の概略断面図である。

【図６】（イ）〜（ニ）は各素線の異なったコード撚り
スパイラルくせの形状を示す概略図である。

【図７】（イ）〜（ハ）は従来例を示すクローズド撚り
構造のスチールコードの概略断面図である。

【図８】（イ）〜（ハ）は従来の例を示す甘撚り構造の
スチールコードの概略断面図である。

【図９】（イ）、（ロ）は図７（ハ）における素線が片
寄った状態を示す概略断面図である。

【図１０】（イ）、（ロ）は従来例の２＋２構造のスチ
ールコード概略断面図である。

【図１１】（イ）はスチールコードを埋設したゴムシー
トの断面図、（ロ）はそのシートをベルト部に用いたタ
イヤの要部断面図である。

【符号の説明】

１、４、７、９、１３・・・スチールコード ２、５・・・小さなスパイラル状のくせを有する素線 ３、６、８、１０・・・真直性を有する素線 １１、１２・・・素線群 Ａ、Ｂ・・・撚りの中心 Ｃ・・・隙間 Ｄ・・・空洞部 ｄ・・・素線径 ｄ_１・・・見掛けの外径 Ｅ・・・密着部 Ｇ・・・コード外径

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−19986（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−127581（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−51884（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−246206（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−94740（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−70897（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−87196（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真直性を有する素線と、当該素線と同一素
   線径で、くせピッチＰ_１が撚りピッチをＰとしたときＰ
   _１＝０．１Ｐ〜０．７Ｐで、かつ見掛けの外径ｄ_１が素
   線径をｄとしたときｄ_１＝（ｄ＋２／１００ｍｍ）〜
   （ｄ＋２／１０ｍｍ）となるような小さなスパイラル状
   のくせを有する素線とを撚り合わせてなる１×ｎ（但
   し、ｎ＝２〜６）構造の単層撚りのゴム製品補強用スチ
   ールコードであって、コード長手にわたつて、小さなス
   パイラル状のくせを有する素線の見掛けの外接円と、真
   直性を有する素線とを内側に含みそれらが１つの円に内
   接するようにコードを構成し、かつこの１つの円、すな
   わち外接円の中心をコード撚りの中心として撚り合わせ
   てなるゴム製品補強用スチールコード。